1引言為了將電力干式變壓器的故障率降到較低，作者設(shè)計(jì)了一種具有故障預(yù)警功能的測(cè)試系統(tǒng)(圖1)，這也是預(yù)警維修的基礎(chǔ)，因其具有此功能而被稱為預(yù)警維修測(cè)試系統(tǒng)。根據(jù)一些可能的故障原因(濕度、振動(dòng)、過熱、氣體和老化)的當(dāng)前和歷史狀態(tài)，一些專家(Lamela等人，1999；Rivera等人，2000)設(shè)計(jì)了幾種模型來預(yù)測(cè)干式變壓器的工作條件。為了獲得模型中算法所需的數(shù)據(jù)，他們?cè)诿總€(gè)干式變壓器中安裝了傳感器。預(yù)警應(yīng)用配備了虛擬數(shù)據(jù)卡，它實(shí)際上是傳感器采集處理并提供給模型的數(shù)據(jù)體，因此預(yù)警應(yīng)用可以從數(shù)據(jù)管理事務(wù)中分離出來(Jackson和Zave，1998)。該系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(DS)、預(yù)警應(yīng)用(PA)和虛擬數(shù)據(jù)卡。這樣就形成了一個(gè)可升級(jí)、易重構(gòu)的系統(tǒng)，大大縮短了整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)時(shí)間。復(fù)制方案實(shí)施后，系統(tǒng)完全開發(fā)成功。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于建立模型需要傳感器收集的歷史數(shù)據(jù)，因此需要決定傳感器放置在哪里以及如何放置。較明顯的方法是讓應(yīng)用程序管理自己的歷史數(shù)據(jù)記錄，但這樣會(huì)增加程序不必要的復(fù)雜性，因?yàn)檫@意味著它必須同時(shí)處理實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。另一種方法是依靠傳感器或數(shù)據(jù)采集設(shè)備來處理自己采集的歷史數(shù)據(jù)。但是這種方案的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般要求實(shí)時(shí)性高，對(duì)歷史數(shù)據(jù)處理等不可預(yù)測(cè)的要求會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性(Kopetz，1997)。此外，如果每個(gè)傳感器配備有先立的存儲(chǔ)單元，則處理每個(gè)字節(jié)的成本與集中式方法的成本相比沒有優(yōu)勢(shì)。市場(chǎng)上有大量低字節(jié)處理成本的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)接口，這使得它們成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的良好選擇。在數(shù)據(jù)采集設(shè)備和用戶應(yīng)用程序之間插入數(shù)據(jù)庫(kù)(圖2和圖3)將減少它們的數(shù)據(jù)管理任務(wù)，從而降低它們的復(fù)雜性(Devjin，1997；英蒙，1993年).系統(tǒng)組件之間的這種功能劃分使管理變得容易，因?yàn)槿魏我环降淖兓疾粫?huì)影響另一方。相應(yīng)地，其他子系統(tǒng)必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和匹配才能運(yùn)行。當(dāng)將單個(gè)電路系統(tǒng)升級(jí)為可重新配置和可升級(jí)的模塊化系統(tǒng)時(shí)，有必要考慮從經(jīng)濟(jì)性和工作量方面來看是否值得。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，除了考慮引入數(shù)據(jù)庫(kù)的經(jīng)濟(jì)性外，還必須考慮系統(tǒng)的可升級(jí)性和靈活性。所以相應(yīng)的系統(tǒng)要考慮到未來會(huì)使用新的傳感器，會(huì)有不同的應(yīng)用，有不同的需求，使系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)快、簡(jiǎn)單、錯(cuò)誤少的特點(diǎn)。實(shí)際工作系統(tǒng)中涉及的網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。圖中有三個(gè)變電站，共監(jiān)控四個(gè)干式變壓器并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。兩個(gè)干式變壓器安裝在變電站a，另外兩個(gè)分別安裝在變電站b和c。干式變壓器不同傳感器的數(shù)據(jù)由帶PXI處理板的工控機(jī)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。圖2中描述的所有子系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和預(yù)警應(yīng)用程序)都安裝并運(yùn)行在每臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)上。在避免與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生功能沖突的情況下，為了簡(jiǎn)化模型的調(diào)整，將所有變電站數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制到位于維果大學(xué)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。預(yù)警模型應(yīng)用程序在卡洛斯三世大學(xué)運(yùn)行，所有模型都相對(duì)于中央數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行調(diào)整。現(xiàn)在可以遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控工業(yè)的計(jì)算機(jī)(來自電力公司、卡洛西和維戈大學(xué))。它描述了預(yù)警系統(tǒng)中涉及的所有協(xié)議層。如圖所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它們通過開關(guān)連接。為了達(dá)到較佳性能，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用一個(gè)客戶端數(shù)據(jù)庫(kù)(C-DLL)，客戶端數(shù)據(jù)庫(kù)使用自己的協(xié)議。預(yù)警程序使用開放數(shù)據(jù)庫(kù)連接(ODBC)協(xié)議通過局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAM)訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此不需要直接處理傳感器。事實(shí)上，對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)來說，它的接入點(diǎn)是一個(gè)名為虛擬采集卡的傳感器處理的信號(hào)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中出現(xiàn)的復(fù)制級(jí)別是指使用數(shù)據(jù)庫(kù)工具實(shí)現(xiàn)的復(fù)制機(jī)制。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是干式變壓器中負(fù)責(zé)信號(hào)采集和處理的子系統(tǒng)。它由一組傳感器、預(yù)處理和閾值處理設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集卡組成。系統(tǒng)中使用了16個(gè)模擬傳感器、和3個(gè)PT100溫度傳感器。4應(yīng)力干式變壓器，用于改變電力干式變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的電流試驗(yàn)值；4臺(tái)電壓干式變壓器，用于測(cè)試高壓側(cè)和低壓側(cè)的電壓；測(cè)試干式變壓器振動(dòng)的四個(gè)壓電加速度計(jì)；測(cè)量干式變壓器油濕度的電容式濕度計(jì)和氣體傳感器。該系統(tǒng)還采用九個(gè)數(shù)字傳感器，利用無電壓繼電器觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)干式變壓器高壓開關(guān)、油泵和風(fēng)扇的狀態(tài)。信號(hào)閾值處理后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)傳感器發(fā)送的原始信號(hào)進(jìn)行處理，然后發(fā)送給下一個(gè)處理單元(數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng))。根據(jù)模型的要求，其信號(hào)處理內(nèi)容包括一些數(shù)據(jù)信號(hào)的快速傅里葉變換、有效值和平均值的計(jì)算等。

4數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)可以分為以下幾個(gè)部分：緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)表、過濾處理、采樣、批處理和虛擬采集卡(見圖3)。數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)來自傳感器的所有數(shù)據(jù)，而緩沖區(qū)僅接受來自傳感器的較后一個(gè)值。每個(gè)模型都有一個(gè)特殊的過濾器來處理來自傳感器的較后一個(gè)值，這樣緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)就可以準(zhǔn)確地反映模型的特性。

如果會(huì)有更多

路處理功能放在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分，則應(yīng)該意識(shí)到一但多路處理電路改變后，模型也必須進(jìn)行相應(yīng)的更改，這并不是一個(gè)好方法，因?yàn)轳詈线M(jìn)一些不相關(guān)的任務(wù)如數(shù)據(jù)獲取和預(yù)警等會(huì)降低系統(tǒng)的可升級(jí)性以及可重復(fù)性（Mario et al., 1999; Mario et al., 2000a;Mario et al., 2000b)。這種方案唯一的優(yōu)勢(shì)就是速度快，從而使得它必不可少（Johnson,1995）。 (1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫(kù)(DAS/DS)接口 DS提供兩個(gè)存取點(diǎn)或接口?？紤]到實(shí)時(shí)條件的約束，較左的接口提供了到DAS的存儲(chǔ)功能。當(dāng)前接口利用了新的數(shù)據(jù)庫(kù)(如圖3所示的動(dòng)態(tài)連接數(shù)據(jù)庫(kù)(DLL))，而該數(shù)據(jù)庫(kù)又使用了Oracle調(diào)用接口(OCI)，OCI是由API提供的Oracle與其數(shù)據(jù)庫(kù)通信的接口。通過這種方式，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總是使用更高一級(jí)的API，而不會(huì)去考慮在這一級(jí)API背后數(shù)據(jù)是如何進(jìn)行處理的。使用這樣一種技術(shù)，在開放數(shù)據(jù)庫(kù)連接(ODBC)、對(duì)象鏈接和嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)(OLEDB)中也會(huì)帶來同樣的優(yōu)點(diǎn)，但是較大的差別在于開發(fā)工程師必須編制協(xié)議層。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集系統(tǒng)有性能要求，這種方案能達(dá)到速度方面的要求，因此也是值得的。  較右面的接口是給預(yù)警應(yīng)用程序使用的，它根據(jù)需要提供了多種方式去存取傳感器的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)，在此處就選擇了ODBC來進(jìn)行通信，因?yàn)镈S是一個(gè)先立的應(yīng)用程序，所以較好使用廣泛兼容的數(shù)據(jù)存取方法，較關(guān)鍵的是在這里速度并不是一個(gè)重要問題。(2)可重新配置的濾波器  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是所有數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵功能，因?yàn)樗ǔ?huì)決定系統(tǒng)的整個(gè)性能(Vranes and Stanojevic, 1995; Keck and Kuehn, 1998)。在設(shè)計(jì)階段也必須時(shí)刻考慮系統(tǒng)將來的可升級(jí)性和可擴(kuò)展性，因?yàn)楫?dāng)應(yīng)用程序處理需求增加時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)很可能要求具有額外的功能和更大的處理能力。  每一個(gè)濾波器都從緩沖區(qū)挑選它所需要的傳感器信息，并按模型所要求的方式處理這些信息值。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就帶來了模型所需的放于緩沖區(qū)的采樣值。  濾波器的特性是先立的，通過數(shù)據(jù)庫(kù)里的幾個(gè)步驟很容易重新設(shè)置它們，這些步驟通過ODBC可以從預(yù)警程序里直接調(diào)用。預(yù)警算法設(shè)計(jì)師也可以產(chǎn)生一個(gè)文本文件，列出每一個(gè)模型所需要的傳感器并將該文件送給數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)里進(jìn)行批處理將這種新配置調(diào)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。(3)虛擬采集卡  每一采樣點(diǎn)都會(huì)進(jìn)行周期性的采樣，采樣頻率根據(jù)預(yù)警算法的要求來進(jìn)行合適的配置。隨后，數(shù)據(jù)還會(huì)被增加一些辯識(shí)信息如時(shí)間戳，序列號(hào)等，然后數(shù)據(jù)被插入到模型表去。這些表格以及他們的標(biāo)準(zhǔn)查詢語(yǔ)言(SQL)接口就形成了虛擬采集卡的核心部分。  通過虛擬采集卡模型就可以獲得傳感器的全部數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。而且源于虛擬采集卡的數(shù)據(jù)流的幾個(gè)特性如采樣速率和傳感器組等都可以動(dòng)態(tài)重新設(shè)置(如圖3所示)而不會(huì)降低預(yù)警程序性能(Cowan and Lucena, 1995)。  模型還可以間接地從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)到傳感器表中去。為此，老的采樣系統(tǒng)的配置經(jīng)過批處理(見圖3)后送入模型表，然后進(jìn)行頻率和時(shí)間間隔的配置。  由于使用了元數(shù)據(jù)和存貯程序，虛擬采集卡維護(hù)(安裝，刪除和修正)功能強(qiáng)大且容易操作。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

5  復(fù)制和升級(jí)  某些預(yù)警模型需要的虛擬采集卡會(huì)消耗掉數(shù)據(jù)庫(kù)的大量的計(jì)算資源，在這一負(fù)荷下可能會(huì)拒絕數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)插入新的采樣數(shù)據(jù)到傳感器表中，從而造成數(shù)據(jù)的丟失。較明顯的辦法就是升級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但是這既消耗金錢又浪費(fèi)時(shí)間，因?yàn)橄到y(tǒng)是安裝在好幾個(gè)變電站的。此外我們還需要通過集中監(jiān)控的方式遠(yuǎn)程監(jiān)控這些分布式系統(tǒng)。  為了解決這些問題，我們?cè)O(shè)計(jì)和構(gòu)建了一個(gè)通過中央服務(wù)器(CS)連接所有分布式變電站的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持集中式的和雙向的復(fù)制方案。和數(shù)據(jù)備份要求相比，數(shù)據(jù)復(fù)制能提供更多的服務(wù)，特別是在如我們所討論的在不同地方運(yùn)行的克隆系統(tǒng)的某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)特別有用。  一方面，使用復(fù)制功能后中央服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不再有關(guān)聯(lián)度，上面所提到的虛擬采集卡的一些問題也得到完全解決。因此在復(fù)制的環(huán)境中運(yùn)行的復(fù)制模型不會(huì)對(duì)遠(yuǎn)處的變電站造成影響(Babin and Hsu, 1996; Kulkarni and Ramirez,1997)。另一方面，通過這種方法變電站能夠在遠(yuǎn)處被輕易監(jiān)視(向上復(fù)制)和控制(向下復(fù)制)。復(fù)制工作流程如下:  l 每一個(gè)DAS都將數(shù)據(jù)插入到當(dāng)?shù)氐腄S中。  l 中央服務(wù)器根據(jù)程序的規(guī)定周期性地連接到遠(yuǎn)處變電站的數(shù)據(jù)庫(kù)上去并提取出自上一次刷新后在復(fù)制表中出現(xiàn)的變化。通過這種方式，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化，并使得所需帶寬較小(只發(fā)送變化的數(shù)據(jù))和時(shí)間同步。  l 對(duì)每一個(gè)分布式變電站，中央服務(wù)器單向復(fù)制傳感器表，因此在原始表處發(fā)生的變化被送到中央服務(wù)器，而其他變化(系數(shù)和估計(jì)表格)則作為可更新的映射被重新配置，這就維持了原始數(shù)據(jù)和映射表格相互同步，從而允許預(yù)警應(yīng)用程序遠(yuǎn)程管理和監(jiān)視變電站表格。因此，變電站能夠被遠(yuǎn)程管理，因?yàn)楸砀駴Q定了維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行行為。  如果需要更為強(qiáng)大的計(jì)算處理能力，則只有中央服務(wù)器需要升級(jí)，而其他的分布式變電站系統(tǒng)可以保持不變。因此變電站分布式系統(tǒng)和中央服務(wù)器就構(gòu)成了一個(gè)可升級(jí)的系統(tǒng)。

6  結(jié)論  當(dāng)安裝好四個(gè)克隆的預(yù)警維護(hù)測(cè)試系統(tǒng)后，作者斷定虛擬采集卡的使用可以大大減小系統(tǒng)的復(fù)雜性和預(yù)警應(yīng)用程序的開發(fā)時(shí)間，因?yàn)樗鼈儚墨@取全頁(yè)部數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作中完全解脫出來而將重點(diǎn)放在預(yù)警算法的處理上。更為重要的是，虛擬數(shù)據(jù)采集卡能夠給模型提供所有的傳感器信息，而且系統(tǒng)能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行重新配置以獲取額外的信息。同樣的原因，因?yàn)轭A(yù)警算法不考慮傳感器組和采樣特性，所以開發(fā)進(jìn)程也加快了。系統(tǒng)被分成三個(gè)先立的子系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)和預(yù)警應(yīng)用程序)，可由三個(gè)小組來并行開發(fā)，而且簡(jiǎn)化了并行開發(fā)的關(guān)聯(lián)度。系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)允許系統(tǒng)部件分布式分布。實(shí)際上本文提到的可復(fù)制的底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)允許對(duì)CPU要求很高的預(yù)警模型，因?yàn)樗粫?huì)和分布式變電站的數(shù)據(jù)采集任務(wù)相沖突。因此，系統(tǒng)是可升級(jí)的，它能夠處理預(yù)警算法的日益增加的復(fù)雜度。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#